三维书面模型提供更清晰的癌症传播图片,新型3D模型助力科学家揭开癌细胞的真面目

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以前,传统的癌细胞研究只能在皮氏培养皿和显微镜载玻片中进行。而现在,研究人员开发了一个新的三维模型,这个模型可模拟更为接近于人体的环境,从而分析癌细胞的复杂性。每天,人体内会产生约
1000
亿个新细胞。这些新细胞与数以万亿计之前产生的细胞一起形成了我们赖以生存的组织和器官。有时,在细胞产生的过程中,其
DNA 发生突变,使得细胞存在缺陷并可能会对人体内部环境产生潜在危险。

普渡大学的研究人员Luis
Solorio用聚合物帮助创造了一个逼真的癌症环境,以更好地预测药物如何阻止其发展。

通常情况下,细胞会识别自身的缺陷并很快自行终止。但有时候,突变的细胞非但没有自行消除,反而不断复制,从而形成可以分裂、转移并侵入身体其他部分的肿瘤,这种侵入通常是通过血流完成。

以前的研究表明,大多数癌症死亡的发生是因为它在体内扩散或转移。治疗癌症的一个主要障碍是无法试验转移本身并剔除它需要传播的东西。

威澳门尼斯人36366com,幸运的是,卡内基梅隆大学机械工程菲利普·勒迪克教授和博士生詹姆斯·李·万及匹兹堡大学乳腺癌研究员卡罗拉·诺伊曼博士合作,开发了一个面向患者的模型。科学家可以使用这个模型更好地理解并最终终止癌细胞的迁移。

过去的研究使用3D打印机来重建受控制的癌症环境,但这些复制品对于药物筛选仍然不够现实。

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我们需要比3D打印机更精细的分辨率,生物医学工程助理教授Solorio说。

该研究组的研究论文发表在《Scientific
Reports》,题为“通过微铣技术在芯片方法中模拟三维癌症的嵌入式脉管系统结构(Mimicking
Embedded Vasculature Structure for 3-D Cancer on a Chip Approaches
through Micromilling)”。

Solorio和一组研究人员提出了3-D写作,而不是3D打印。他们开发的设备,三维喷墨打印机,就像三维打印机一样,通过生产聚合物微组织,因为它们在体内成型,但是体积更小,更真实,孔径足够大,可以让细胞进入聚合物结构就像它们在体内的系统一样。

据勒迪克介绍,这个项目的起因是研究人员对物理科学与癌症之间的关系越来越感兴趣。肿瘤实际上就是体内肿块,生化和物理手段都可以对其和癌细胞产生影响。而考虑到这两种手段之间的关系,勒迪克、诺伊曼和万开始关注癌细胞的转移和分析。通过合作,他们能够开发出一种更精确、更相关的研究癌细胞的方法。

3-D喷射写入是微调静电纺丝的形式,使用含有聚合物溶液的带电注射器抽出纤维,然后将纤维沉积到板上以形成结构的过程。该结构是促进细胞活性的支架。

不同于传统上在塑料培养皿中进行的癌细胞分析,研究小组建立了一个能更精确地反映生物体生理条件的三维模型。借助这个模型,科学家们可以在与人体更加相似的环境中发现并分析癌细胞的复杂性。

到目前为止,Solorio已经使用该装置编写了一种结构,该结构将癌细胞吸引到癌症通常不会发展的小鼠部位,从而证实该装置可以创造一个可行的癌症环境。Solorio的其他研究已经增加了人类样本中的癌细胞,以便更好地进行分析并维持药物需要找到的这些细胞上的受体。

“几十年来,生物学研究都在皮氏培养皿中进行,”勒迪克说,“但问题是,能制造出更有生理学意义的系统吗?我们使用微流体和微制造方法来创建三维系统,这是因为细胞存在于三维组织中,在自然条件下,它们是不会驻留在二维培养皿中的。”

理想情况下,我们可以使用我们的系统作为一个无偏见的药物筛选平台,我们可以筛选数千种化合物,希望在一周内获得数据,并将其送回临床医生,以便在相关的时间范围内,Solorio说。

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一般来说,所谓微流体系统就是在微观水平上传输液体的系统,通常由塑料制成。但是勒迪克、诺伊曼和万想要建立一个更具生理学意义的系统,他们使用了人体内最主要的蛋白质——胶原蛋白来构建他们的微流体系统。

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